中國儲能網(wǎng)訊：“全固態(tài)電池發(fā)展前景廣闊，但是還有許多問題尚未完全解決。為了提升全固態(tài)電池能量密度、倍率性能和循環(huán)壽命，不僅應(yīng)關(guān)注全固態(tài)鋰電池的基礎(chǔ)科學(xué)問題，如新型電解質(zhì)材料、界面改性和電池失效機(jī)制等；同時也應(yīng)重視全固態(tài)鋰電池的關(guān)鍵技術(shù)問題，如電解質(zhì)材料的批量化制備技術(shù)、大面積固態(tài)電解質(zhì)薄膜連續(xù)制備技術(shù)、全固態(tài)鋰電池一體化制備技術(shù)等。”
近日，中國工程院院士、中國科學(xué)院物理研究所研究員陳立泉在中國全固態(tài)電池創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇上作出上述闡述。
2023年以來，全固態(tài)電池的概念頻頻掀起聲浪，呼吁推動全固態(tài)電池發(fā)展成為目前汽車行業(yè)內(nèi)共同的聲音。
相比傳統(tǒng)鋰離子電池，全固態(tài)電池具有更長的行駛里程、更快的充電速度、更高的安全性、更長的循環(huán)壽命以及更強(qiáng)的溫度適應(yīng)性。
《中國經(jīng)營報》記者注意到，在一場論壇上，中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)車輛與運載學(xué)院教授歐陽明高表示，現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)已經(jīng)形成共識，全固態(tài)電池是公認(rèn)的下一代電池的首選方案之一，被列入中國、美國、歐盟、日韓等主要國家和地區(qū)的發(fā)展戰(zhàn)略，成為下一代電池技術(shù)競爭的關(guān)鍵制高點。他認(rèn)為，雖然目前全固態(tài)電池面臨巨大的挑戰(zhàn)，但是全固態(tài)電池有可能會在2030年前后實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
儲能行業(yè)安全問題應(yīng)引起重視
若按照電解質(zhì)形態(tài)來劃分，動力電池主要可分為液態(tài)電池、半固態(tài)電池以及全固態(tài)電池。
陳立泉認(rèn)為，液態(tài)鋰電池容易引發(fā)安全憂慮，并且其能量密度已接近極限，下一步要發(fā)展固態(tài)電池，并且要逐漸過渡到全固態(tài)電池。
“在鋰離子電池方面，日本索尼公司在1991年宣布鋰離子電池實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，在這之后，包括中國在內(nèi)的許多國家紛紛進(jìn)入鋰離子電池領(lǐng)域，鋰離子電池賽道熱鬧非凡。在這個過程中，中國鋰離子電池產(chǎn)業(yè)完成了從‘跟跑’到‘領(lǐng)跑’的跨越。到2014年，中國鋰離子電池產(chǎn)量就已經(jīng)成為世界第一。”陳立泉稱，聚焦到固態(tài)電池上，實際上中國固態(tài)電池的起步比較早。在“六五”“七五”“八五”期間，中科院均把固態(tài)電池作為重點項目來推進(jìn)和研究。與此同時，在國家戰(zhàn)略性科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃“863”計劃指導(dǎo)之下，科技部在1987年就啟動了全固態(tài)鋰電池項目。
陳立泉稱，固體電解質(zhì)對固態(tài)電池而言甚為關(guān)鍵，現(xiàn)在業(yè)內(nèi)研究的固體電解質(zhì)包括鋯酸鋰鑭、鈦酸鋰鑭、反鈣鈦礦、硫化物等幾種材料。“其中，硫化物材料的缺點是很容易受潮，受潮以后就會產(chǎn)生硫化氫。為提高穩(wěn)定性，我們團(tuán)隊實驗出來的解決方案是‘摻氧’，經(jīng)過‘改造’以后，使得硫化物成為固態(tài)電池體系中一種很好的材料。”
在動力電池領(lǐng)域，陳立泉有著近50年的行業(yè)經(jīng)驗。他領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊首先在國內(nèi)成功研制出鋰離子電池，解決了鋰離子電池規(guī)?；a(chǎn)的科學(xué)技術(shù)與工程問題，實現(xiàn)了鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)化。
陳立泉認(rèn)為，納離子固態(tài)電池是固態(tài)電池的發(fā)展方向之一。“如果在氯化鋁鈉里面加一些氧進(jìn)去，可以更具粘彈性，可以形成一定卷度，這樣做鈉離子固態(tài)電池的問題就不大了。”
近年來，隨著我國電動汽車和儲能市場蓬勃發(fā)展，中國已成為全球鋰電池主要技術(shù)來源國之一。陳立泉認(rèn)為，為了讓儲能產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，應(yīng)大力發(fā)展固態(tài)鋰電池和固態(tài)電池系統(tǒng)的集成研發(fā)。
“儲能行業(yè)的問題，特別是安全問題應(yīng)引起重視。鋰離子電池的電解質(zhì)是可燃的有機(jī)溶劑，萬一某種原因?qū)е乱粋€電芯短路就會引燃其電解液，模組管理系統(tǒng)若不能發(fā)揮作用就會像火燒戰(zhàn)船一樣，頃刻間整個系統(tǒng)都燃燒爆炸，灰飛煙滅，導(dǎo)致高溫化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生各種毒性氣體。為了解決這個痛點問題，必須大力發(fā)展固態(tài)鋰電池和固態(tài)電池系統(tǒng)的集成研發(fā)?！标惲⑷f道。
“下一代電池技術(shù)”爭奪戰(zhàn)愈演愈烈
在目前主流的液態(tài)鋰電池體系中，我國有著顯著優(yōu)勢。在全球動力電池裝機(jī)量前十名的企業(yè)中，我國企業(yè)占據(jù)了6席，市場份額超過60%。
現(xiàn)階段，在實現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型的背景下，世界主流國家汽車產(chǎn)業(yè)均在向電動化進(jìn)行轉(zhuǎn)型。由此，新能源汽車的“心臟”——動力電池，將迎來前所未有的發(fā)展前景。
市場蛋糕誘人，美國、歐盟、日韓等國家和地區(qū)想要爭奪對動力電池的話語權(quán)，意圖從全固態(tài)電池切口進(jìn)入，實現(xiàn)換道超車。其中，日本更是舉全國之力推動全固態(tài)電池的商業(yè)化。相比較而言，我國固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程更慢。
據(jù)了解，現(xiàn)階段日本企業(yè)專利布局領(lǐng)先，全固態(tài)電池專利申請前5名企業(yè)有4家日本企業(yè)和1家韓國企業(yè)，豐田排名第一，申請專利1000項以上。我國近5年專利布局加速，各家企業(yè)在全固態(tài)電池方面開始加大投入，但與領(lǐng)先企業(yè)相比仍有較大差距，需要加大力度。
中國電動汽車百人會理事長陳清泰認(rèn)為，固態(tài)電池技術(shù)具有較高理論能量密度和高安全性，是最具前景的下一代電池技術(shù)。中長期來看，日、韓、歐、美等國（地區(qū)），都在加速固態(tài)電池的研發(fā)布局。固態(tài)電池的突破帶有很強(qiáng)的顛覆性。我國是否能夠順利闖過固態(tài)電池技術(shù)和量產(chǎn)關(guān)口，是確保實現(xiàn)汽車強(qiáng)國、保持全球領(lǐng)先地位的關(guān)鍵一戰(zhàn)?？陀^認(rèn)識全固態(tài)電池的特征，有針對性地加大研發(fā)投入非常有必要。
“在競爭日益激烈的下一代電池技術(shù)的創(chuàng)新方面，我們總體上還承受著很大的壓力。10多年來，我國新能源汽車一直處于全球領(lǐng)先地位，其中一個重要的原因是，我國儲能電池技術(shù)和產(chǎn)業(yè)方面處于領(lǐng)先地位。反過來說就是，沒有電池方面的領(lǐng)先地位就不能有新能源汽車的領(lǐng)先地位?！标惽逄┱f道。
“中國要不要發(fā)展全固態(tài)電池？中國是目前液態(tài)鋰離子電池的領(lǐng)先國家，好像也不用擔(dān)心。但需要注意的是，現(xiàn)在我們已經(jīng)走到了新一輪材料創(chuàng)新周期?！睔W陽明高認(rèn)為，現(xiàn)階段我國動力電池產(chǎn)業(yè)面臨國內(nèi)外競爭加劇的狀況，需要居安思危，向低碳化、智能化、固態(tài)化方向發(fā)展。
歐陽明高認(rèn)為，中國全固態(tài)電池的研發(fā)目前來看存在認(rèn)識還不統(tǒng)一、力量比較分散、產(chǎn)學(xué)研不協(xié)調(diào)等問題，需要聯(lián)合起來建立協(xié)同創(chuàng)新平臺，共同突破全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)。
全球知名咨詢機(jī)構(gòu)SNE research此前發(fā)布的報告顯示，到2030年，全球液態(tài)鋰離子電池供應(yīng)量將從2023年的687GWh增加到2943GWh，增加4.3倍，占電池市場的95%以上，全固態(tài)電池的供應(yīng)量則會從2025年開始的0.2GWh，增加到131GWh，市場滲透率將達(dá)到4%左右。
